熱處理工藝對電接觸材料Cu—Ni—X合金顯微硬度和接觸電阻的影響

1、.熱處理工藝對電接觸材料CuNiX合金顯微硬度和接觸電阻的影響第37卷第3期2008年5月貴州工業(yè)大學(xué)(自然科學(xué)版)JOURNALOFGUIZHOUUNIVERSI1YOFTECHNOLOGYV01.37No.3May.2008文章編號:10090193(2008)03003804NaturalScienceEdition熱處理工藝對電接觸材料CuNiX合金顯微硬度和接觸電阻的影響張曉燕,趙杰,李廣宇,閆超杰,朱禮兵(貴州大學(xué)材料科學(xué)與冶金工程學(xué)院,貴州省材料結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度重點實驗室,貴州貴陽550003)摘要:研究了一種新型CuNix合金的固溶時間,時效溫度以及時效時間對該合金的硬度和接觸電阻的

2、影響.結(jié)果表明,該舍金的最佳固溶處理工藝為1070×8h,并在500×4h時效條件下具有較好的綜合性能,顯微硬度可達(dá)到HV361,接觸電阻為16mQ,可滿足電觸頭在工作中的使用要求.關(guān)鍵詞:銅合金;電接觸材料;熱處理工藝;顯微硬度;接觸電阻中圖分類號:rGl46.1l文獻(xiàn)標(biāo)識碼:AO前言目前,電接觸元件制造材料主要是銀基復(fù)合材料L1J.典型的材料為AgCdO,被稱為萬能觸點-2】.但資源世界銀十分有限,銀基材料觸頭組件占去銀使用總量的25%左右J.又因為AgCdO材料在使用過程中不可避免的產(chǎn)生”鎘毒”,對人身體健康十分有害_6.J,并且使用過程中對環(huán)境造成嚴(yán)重污染.因此有必

3、要研制新型,廉價且無污染的無銀觸頭材料取代傳統(tǒng)的銀基材料.眾所周知,由于銅的性質(zhì)與銀最接近,具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性,熱容大,溫升低,有較高的硬度,電弧燃燒侵蝕時間短,還有成本低,易于加工等特點.因此人們一致認(rèn)為代替銀最合適的元素是銅I6】.基于此,本試驗選擇了導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能以及抗電弧性能與銀相近的銅作為基體材料,加入一定量的高熔點金屬(如Ni,Mo等)以形成彌散強(qiáng)化相來滿足電觸頭在工作中對接觸電阻和力學(xué)性能的要求,并添加微量的稀土對合金進(jìn)行微合金化,通過對新型銅基電接觸材料的熱處理工藝的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行研究和分析,得出了較合理的熱處理工藝參數(shù).本文主要研究了固溶時間,時效溫度以及時效時間對該合金

4、顯微硬度和接觸電阻的影響,旨在探索研制一種在性能上與銀基復(fù)合材料相近的新型銅合金電接觸材料.1實驗材料及方法實驗用合金銅材選用銅粉和鎳粉(純度>99.7%)以及少量鈷,鉬等及微量的稀土元素在真空感應(yīng)爐中進(jìn)行熔煉,澆鑄成棒材,采用石墨和玻璃的混合物作為覆蓋劑以防止氧化.在差熱分析儀上測定合金的相變(固溶)溫度.為了探索固溶,時效工藝對該合金顯微硬度和接觸電阻的影響,先對合金的固溶時間進(jìn)行試驗優(yōu)化,通過差熱分析測得該合金固溶溫度為1070c【=.選擇固溶時間為6h,7h,8h,9h,10h,選400,450,500c【=,550c【=,600c【=五個時效溫度,時效時間為1h.固溶時

5、間優(yōu)化后,在450c【=,480c【=,500c【=,550c【=四個時效溫度下進(jìn)行不同時效時間的時效實驗,時間取25h.固溶,時效熱處理均在KSY一6D一16高溫箱式熱處理爐中進(jìn)行,在HVS一1000顯微硬度儀上測量顯微硬度,用SB2230直流數(shù)字電阻儀測量其接觸電阻.金相組織用3%FeCI,+10%HCI進(jìn)行侵蝕,在OLYMPUS收稿日期:20071105基金項目:貴州貴陽市工業(yè)項目(2006161).作者簡介:張曉燕(1960一),女,貴州貴陽人,教授,主要從事教學(xué)和新材料的研究和應(yīng)用第3期張曉燕,等:熱處理工藝對電接觸材料CuNiX合金顯微硬度和接觸電阻的影響39PMG3型金相顯微鏡上

6、進(jìn)行觀察.2實驗結(jié)果與討論¨O(a)時效溫度()¨O(b)時效溫度()圖1固溶時間及時效溫度對合金顯微硬度(a)和接觸電阻(b)的影響2.1固溶時間和時效溫度對合金顯微硬度和接觸電阻的影響不同固溶時間及時效溫度下合金的顯微硬度和接觸電阻見圖1.圖2為在1070經(jīng)不同固溶時間試樣的金相組織,隨著固溶時間的升高,合金相由鑄態(tài)下的長枝狀逐漸變成短桿狀,固溶時間8h時,合金相充分溶解到銅基體中,形成單一的固溶體,固溶時間為10h時,合金試樣產(chǎn)生了過燒現(xiàn)象.圖1(a)為顯微硬度的變化趨勢圖,不同固溶時間合金試樣的顯微硬度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,其中8h固溶試樣經(jīng)過5o0時效后的顯微硬

7、度最高.隨著時效溫度的升高,鎳等合金原子的擴(kuò)散能力與擴(kuò)散速度增大,在一定時間內(nèi)第二相粒子的析出量越多,強(qiáng)化作用越大,表現(xiàn)為試樣的顯微硬度逐漸升高.隨著固溶體過飽和度的減小,在某一溫度時,滿足在給定時間內(nèi)第二相粒子的析出與在此溫度下合金元素的過飽和量恰好相等,即第二相粒子剛好完全析出,此時對應(yīng)的硬度達(dá)到最大值.當(dāng)時效溫度繼續(xù)升高時,雖然合金元素的擴(kuò)散足以使過飽和的第二相粒子全部析出.但合金元素的過飽和度卻越來越小,即提供析出的過飽和合金元素會越來越少,對應(yīng)的強(qiáng)化作用也就越來越小,合金逐漸過時效,顯微硬度開始下降.圖I(b)為接觸電阻的變化趨勢圖,由圖可知,固溶8h,并經(jīng)過5o0時效后,顯微硬度值

8、最高的試樣表現(xiàn)出較低的接觸電阻.同時隨著時效溫度的升高,合金的接觸電阻先升高后降低,在時效初期,由于析出相的數(shù)量少且間距較大,所以對接觸電阻起主要作用的是過飽和固溶體的分解,從而使接觸電阻下降,當(dāng)合金過時效時,基體晶格畸變和晶體缺陷的密度增加,對自由電子散射作用增強(qiáng),合金的接觸電阻開始增大J.2.2時效時間和溫度對合金硬度和接觸電阻的影響經(jīng)1070×8h固溶熱處理后,分別在450,480,5o0,550四個溫度進(jìn)行時效實驗,圖3為時效時間和時效溫度對合金顯微硬度及接觸電阻的影響關(guān)系曲線,圖3(a)表明不同時效溫度下,隨著時效時間的增加,合金的顯微硬度都是先上升后下降,時效初期硬度曲線

9、上升的原因是產(chǎn)生硬化時效階段,析出物的密度持續(xù)增加,所產(chǎn)生的彈性應(yīng)力場所引起的化學(xué)硬化和對位錯的阻礙作用較大,而析出物主要為NiTi等硬質(zhì)微粒,由于析出物密度的增加,位錯包圍析出物微粒而后擠壓繞過的臨界切應(yīng)力增大,引起硬度和強(qiáng)度的升高.由于5o0,4h時效析出相細(xì)小彌散,使得銅基合金材料的顯微硬度達(dá)到最大值,為HV361.但當(dāng)時效時間過長時,析出物微粒聚集粗化,間距增大強(qiáng)化效果減弱,合金逐漸過時效,顯微硬度曲線開始下降.圖3(b)是不同時效溫度下,時效時間與接觸電阻的曲線關(guān)系,從組織的角度分析,接觸電阻(電氣壽命)則主要與基體的晶格完整性有關(guān)l9J,經(jīng)10708h水淬固溶處理后圖2(e),固溶

10、態(tài)的溶質(zhì)原子充分溶解,獲得單一的固溶體;時效處理能使合金材料中的第二相依附基體晶體缺陷上彌散析出,固溶的溶質(zhì)原子減少.這樣固溶體基體晶格畸變和晶體缺陷的密度減小,從而對自由電子的散射作用效應(yīng)減少,才使得合金材料接觸電阻繼續(xù)下降.從圖3(b)還可以看出,雖然在不同時效溫度和實效時效時間下合金的接觸電阻在變化,但其值均小于30mQ,變化不大,表現(xiàn)穩(wěn)定,可以滿足電觸頭在工作狀態(tài)下對接觸電阻的要求,使得此新型銅基合金電接觸材料的接觸電阻和顯微硬度達(dá)到良好的匹配,這種熱處理工藝有望使此功能材料獲得替代銀氧化鎘的實際應(yīng)用.第3期張曉燕,等:熱處理工藝對電接觸材料CuNix合金顯微硬度和接觸電阻的影響Eff

11、ectofHeatTreatmentonMicrohardnessandContactresistanceofCuNiXAIloyZHANGXiaoYan,ZHAOJie,LIGuangyu,YANChao-jie,ZHULibing(SchoolofMaterialsScienceandMetallurgicalEngineering,GuizhouKeyLaboratoryforMechanicalBehaviorandMicro-structureofMaterials,GuizhouUniversity,Guiyang550003,China)Abstract:Thehardnessa

12、ndcontactresistanceforanewkindofCuNiXalloyhavebeenmeasuredbymeasuringitssolutionheattreatmenttimeandageingheattreatmenttemperatureandageingheattreatmenttime.Theresultsshowthatundersolutionheattreatmentat1070×8h.andagoodcomprehensivepropertiescanbeobtainedundertheageingheattreatmentat500oC×

13、4h.Itsmierohardnesscanreachto361HV,andContactresistanceto16mQ,meetingtheservicedemands.Keywords:Cuauoy;electriccontactmaterial;heattreatment;mierohardness;contactresistance(上接34頁)CoalandGasOutburstLawAnalysisofaCoalMineinGuizhouAbstract:takingLIAOZhi-heng(MiningCollege,GuizhouUniversity,Guiyang55000

14、3,China)coalandgasoutburstofacoalmineinGuizhouinrecentyearsasanexample,thetypeandintensityfeaturesofcoalandgasoutburstinthecoalminewerepointedoutanditsimpactwasanalyzed.Thelawofcoalandgasoutburstintheminewasobtained.Keywords:coalandgasoutburst;gasemission;miningdepth;gaspresse;geologicalstructure(上接37頁)StudyonCorrosionMechanismoftheHeatExchangerintheExtractionIodineProcessYANGSank0(WengfuGroupCo.,Ltd.,Fuquan550501,China)Abstract:Thecorrosionofheatexchang